2025年第52卷第7期文章目次
2025, 52(7):710-720.
DOI: 10.12177/emca.2025.060
摘要:
【目的】传统隔离开关故障特征提取方法不够可靠，故障识别准确率不高。针对此问题，提出了一种基于多特征图谱和卷积神经网络(CNN)-黑翅鸢算法(BKA)-最小二乘支持向量机(LSSVM)的隔离开关故障诊断方法。【方法】首先，通过马尔科夫转移场(MTF)、格拉姆角场(GAF)和短时傅里叶变换(STFT)分别构建频域、时域和时频域三种特征图谱；然后，分别建立三种CNN模型，输入三种特征图谱，通过卷积、池化等步骤提取有效的故障特征，并在CNN模型的全连接层使用t分布随机邻域嵌入算法对特征数据进行降维；最后，将提取出的特征向量进行融合拼接，采用BKA优化的LSSVM代替Softmax层，并将融合后的特征向量输入到BKA-LSSVM中进行故障识别。【结果】通过现场故障模拟试验，采集了四种状态下的隔离开关振动信号数据，并进行了对比分析。结果表明，本文所提模型相较其他故障诊断模型具有更高的精度、更强的可靠性和泛化能力，其运行8次的平均诊断准确率达到97.08%。试验结果验证了所提模型的可行性。【结论】本文所提方法从多维度提取特征图谱，克服了单一维度方法的局限性；通过引入CNN-BKA-LSSVM模型，能够更好地提取关键特征，提高故障识别的精度和准确性。所提方法为隔离开关的故障诊断提供了可靠的理论依据和技术参考，也为隔离开关设备维护提供了新的思路，具有重要的应用价值。
【目的】传统隔离开关故障特征提取方法不够可靠，故障识别准确率不高。针对此问题，提出了一种基于多特征图谱和卷积神经网络(CNN)-黑翅鸢算法(BKA)-最小二乘支持向量机(LSSVM)的隔离开关故障诊断方法。【方法】首先，通过马尔科夫转移场(MTF)、格拉姆角场(GAF)和短时傅里叶变换(STFT)分别构建频域、时域和时频域三种特征图谱；然后，分别建立三种CNN模型，输入三种特征图谱，通过卷积、池化等步骤提取有效的故障特征，并在CNN模型的全连接层使用t分布随机邻域嵌入算法对特征数据进行降维；最后，将提取出的特征向量进行融合拼接，采用BKA优化的LSSVM代替Softmax层，并将融合后的特征向量输入到BKA-LSSVM中进行故障识别。【结果】通过现场故障模拟试验，采集了四种状态下的隔离开关振动信号数据，并进行了对比分析。结果表明，本文所提模型相较其他故障诊断模型具有更高的精度、更强的可靠性和泛化能力，其运行8次的平均诊断准确率达到97.08%。试验结果验证了所提模型的可行性。【结论】本文所提方法从多维度提取特征图谱，克服了单一维度方法的局限性；通过引入CNN-BKA-LSSVM模型，能够更好地提取关键特征，提高故障识别的精度和准确性。所提方法为隔离开关的故障诊断提供了可靠的理论依据和技术参考，也为隔离开关设备维护提供了新的思路，具有重要的应用价值。
2025, 52(7):721-731.
DOI: 10.12177/emca.2025.064
摘要:
【目的】轮毂电机空间紧凑、散热条件严苛，其内置永磁体在高温和大电枢电流冲击下极易发生不可逆退磁，严重威胁电机的可靠性与性能。针对此问题，本文设计了一种新型铁钴基组合磁极，以提高轮毂电机的抗退磁能力和综合电磁性能。【方法】首先，系统分析了不同温度和电枢电流对电机永磁体退磁特性的影响，并确定了永磁体的易退磁位置。然后，在易退磁区采用新型高矫顽力铁钴基代替传统钕铁硼，形成组合磁极，通过仿真研究了组合磁极中铁钴基与钕铁硼的不同组合比例对其电磁性能的影响，确定了铁钴基与钕铁硼的最佳组合比例。最后，对单一磁极电机和组合磁极电机的电磁性能进行对比分析。【结果】组合磁极电机在额定转矩、峰值转矩以及效率等多方面的表现更优。在110 ℃工作温度下，相较于单一磁极电机，组合磁极电机的额定转矩提升了4 N·m，峰值转矩提升了7 N·m，最高效率提高了0.4%；在160 ℃高温状态下，相较于单一磁极电机，组合磁极电机的额定转矩提升了8 N·m，转矩波动下降了0.82%，峰值转矩提升了14 N·m；在峰值工况下，组合磁极的临界退磁温度相较于单一磁极提升了15 ℃。【结论】所设计的新型铁钴基组合磁极有效提升了电机在高温及大电流工况下的抗退磁能力，并显著改善了电机的综合电磁性能，为解决轮毂电机高温易退磁问题提供了有效技术途径。
【目的】轮毂电机空间紧凑、散热条件严苛，其内置永磁体在高温和大电枢电流冲击下极易发生不可逆退磁，严重威胁电机的可靠性与性能。针对此问题，本文设计了一种新型铁钴基组合磁极，以提高轮毂电机的抗退磁能力和综合电磁性能。【方法】首先，系统分析了不同温度和电枢电流对电机永磁体退磁特性的影响，并确定了永磁体的易退磁位置。然后，在易退磁区采用新型高矫顽力铁钴基代替传统钕铁硼，形成组合磁极，通过仿真研究了组合磁极中铁钴基与钕铁硼的不同组合比例对其电磁性能的影响，确定了铁钴基与钕铁硼的最佳组合比例。最后，对单一磁极电机和组合磁极电机的电磁性能进行对比分析。【结果】组合磁极电机在额定转矩、峰值转矩以及效率等多方面的表现更优。在110 ℃工作温度下，相较于单一磁极电机，组合磁极电机的额定转矩提升了4 N·m，峰值转矩提升了7 N·m，最高效率提高了0.4%；在160 ℃高温状态下，相较于单一磁极电机，组合磁极电机的额定转矩提升了8 N·m，转矩波动下降了0.82%，峰值转矩提升了14 N·m；在峰值工况下，组合磁极的临界退磁温度相较于单一磁极提升了15 ℃。【结论】所设计的新型铁钴基组合磁极有效提升了电机在高温及大电流工况下的抗退磁能力，并显著改善了电机的综合电磁性能，为解决轮毂电机高温易退磁问题提供了有效技术途径。
2025, 52(7):732-742.
DOI: 10.12177/emca.2025.052
摘要:
【目的】为有效抑制永磁同步电机运行中产生的电磁振动和噪声，提升其静音性能以满足电动汽车、精密设备等应用需要。本文以一台额定功率2 kW的气隙偏心分数槽嵌入式永磁同步电机为研究对象，并对其电磁振动特性及优化方法进行了系统分析。【方法】首先，通过电磁解析计算和二维瞬态场有限元分析，从电机本体角度评估偏心转子结构对关键阶次的径向电磁力波及其引发的电磁振动的改善效果；其次，建立场路耦合联合仿真分析模型，对比研究比例积分控制、最大转矩电流比控制和模型预测电流控制策略下的电磁振动特性；最后，搭建样机振动测试平台，得到样机在不同控制策略下的振动加速度频谱特性，验证仿真模型的可靠性。【结果】研究结果表明，偏心转子结构下，电机二阶、四阶等关键阶次的径向电磁力波幅值降低，使得集中在二阶模态频率附近的振动响应得到削弱，其中额定负载下的振动加速度峰值降低了47.9%。【结论】转子偏心设计可以有效降低结构共振风险，模型预测电流控制能够更好地抑制电流谐波带来的额外振动。本研究为电机的电磁振动和噪声优化提供了有效参考。
【目的】为有效抑制永磁同步电机运行中产生的电磁振动和噪声，提升其静音性能以满足电动汽车、精密设备等应用需要。本文以一台额定功率2 kW的气隙偏心分数槽嵌入式永磁同步电机为研究对象，并对其电磁振动特性及优化方法进行了系统分析。【方法】首先，通过电磁解析计算和二维瞬态场有限元分析，从电机本体角度评估偏心转子结构对关键阶次的径向电磁力波及其引发的电磁振动的改善效果；其次，建立场路耦合联合仿真分析模型，对比研究比例积分控制、最大转矩电流比控制和模型预测电流控制策略下的电磁振动特性；最后，搭建样机振动测试平台，得到样机在不同控制策略下的振动加速度频谱特性，验证仿真模型的可靠性。【结果】研究结果表明，偏心转子结构下，电机二阶、四阶等关键阶次的径向电磁力波幅值降低，使得集中在二阶模态频率附近的振动响应得到削弱，其中额定负载下的振动加速度峰值降低了47.9%。【结论】转子偏心设计可以有效降低结构共振风险，模型预测电流控制能够更好地抑制电流谐波带来的额外振动。本研究为电机的电磁振动和噪声优化提供了有效参考。
2025, 52(7):743-757.
DOI: 10.12177/emca.2025.058
摘要:
【目的】针对有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)应用于中点钳位(NPC)逆变器时存在的开关频率不固定的问题，本文提出了一种固定开关频率三矢量最优序列模型预测控制(FSF-TOS-MPC)策略。【方法】首先，采用空间扇区划分来简化寻优算法，缩小参与模型预测寻优的基本电压矢量范围，从而减小运算量；然后，通过对直流侧中点电位和负载侧三相电流的极性判别，进行三矢量最优开关序列分区预选，同时引入Karush-Kuhn-Tucker条件求解开关序列中各电压矢量的作用时间，确保各矢量作用时间恒大于零，固定开关频率。最后，通过构建代价函数进行多目标控制，实现参考电流跟踪和直流侧中点电位平衡。【结果】通过仿真对传统FCS-MPC、优化FCS-MPC和本文所提FSF-TOS-MPC策略进行不同工况下的对比。仿真结果表明，FSF-TOS-MPC策略能够确保逆变器在固定开关频率下稳定运行，从而有效抑制输出电流总谐波畸变率，提升系统动态响应特性，实现中点电位平衡。进一步搭建试验平台对所提策略进行验证。试验结果与仿真结果基本一致，验证了所提策略的有效性。【结论】本文所提FSF-TOS-MPC策略的控制性能优越，为NPC逆变器模型预测控制中存在的开关频率不固定问题提供了一种有效的解决方案。
【目的】针对有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)应用于中点钳位(NPC)逆变器时存在的开关频率不固定的问题，本文提出了一种固定开关频率三矢量最优序列模型预测控制(FSF-TOS-MPC)策略。【方法】首先，采用空间扇区划分来简化寻优算法，缩小参与模型预测寻优的基本电压矢量范围，从而减小运算量；然后，通过对直流侧中点电位和负载侧三相电流的极性判别，进行三矢量最优开关序列分区预选，同时引入Karush-Kuhn-Tucker条件求解开关序列中各电压矢量的作用时间，确保各矢量作用时间恒大于零，固定开关频率。最后，通过构建代价函数进行多目标控制，实现参考电流跟踪和直流侧中点电位平衡。【结果】通过仿真对传统FCS-MPC、优化FCS-MPC和本文所提FSF-TOS-MPC策略进行不同工况下的对比。仿真结果表明，FSF-TOS-MPC策略能够确保逆变器在固定开关频率下稳定运行，从而有效抑制输出电流总谐波畸变率，提升系统动态响应特性，实现中点电位平衡。进一步搭建试验平台对所提策略进行验证。试验结果与仿真结果基本一致，验证了所提策略的有效性。【结论】本文所提FSF-TOS-MPC策略的控制性能优越，为NPC逆变器模型预测控制中存在的开关频率不固定问题提供了一种有效的解决方案。
2025, 52(7):758-768.
DOI: 10.12177/emca.2025.063
摘要:
【目的】电流采样是实现电机高效稳定控制的关键环节，其精度直接决定系统性能。在无刷直流电机(BLDCM)控制系统中，传统多传感器方案不仅会增加硬件成本，还会因传感器参数漂移或特性差异导致闭环精度下降。针对空间矢量脉宽调制(SVPWM)下，单电流传感器在低调制比区和扇区边界存在电流重构盲区的问题，本文提出了一种脉宽调制(PWM)后半周期中点采样移相法。【方法】通过调整PWM脉冲相位，使相位补偿设定下降沿后的2倍最小采样时间为实际采样窗口，并在窗口中点实施电流采样操作，该方法既保证满足最小采样时间条件，又为开关噪声引起的信号畸变预留了足够的裕量，有效降低了采样时机的不确定性和电流瞬态波动。【结果】仿真与试验结果表明，本文所提方法有效减小了低调制比区与扇区边界的电流重构盲区。相比于无补偿移相法，在所提补偿方法下重构相电流精度显著提升，重构误差稳定在较低水平，最大误差从6.8 A降至1.38 A，降幅达79.71%；总谐波畸变率从26.38%降至3.37%，谐波抑制效果明显。【结论】本文所提方法有效解决了SVPWM驱动型BLDCM系统中单传感器电流重构的难题，同时降低了硬件成本，为电机的电流采样设计提供了可行性参考。
【目的】电流采样是实现电机高效稳定控制的关键环节，其精度直接决定系统性能。在无刷直流电机(BLDCM)控制系统中，传统多传感器方案不仅会增加硬件成本，还会因传感器参数漂移或特性差异导致闭环精度下降。针对空间矢量脉宽调制(SVPWM)下，单电流传感器在低调制比区和扇区边界存在电流重构盲区的问题，本文提出了一种脉宽调制(PWM)后半周期中点采样移相法。【方法】通过调整PWM脉冲相位，使相位补偿设定下降沿后的2倍最小采样时间为实际采样窗口，并在窗口中点实施电流采样操作，该方法既保证满足最小采样时间条件，又为开关噪声引起的信号畸变预留了足够的裕量，有效降低了采样时机的不确定性和电流瞬态波动。【结果】仿真与试验结果表明，本文所提方法有效减小了低调制比区与扇区边界的电流重构盲区。相比于无补偿移相法，在所提补偿方法下重构相电流精度显著提升，重构误差稳定在较低水平，最大误差从6.8 A降至1.38 A，降幅达79.71%；总谐波畸变率从26.38%降至3.37%，谐波抑制效果明显。【结论】本文所提方法有效解决了SVPWM驱动型BLDCM系统中单传感器电流重构的难题，同时降低了硬件成本，为电机的电流采样设计提供了可行性参考。
2025, 52(7):769-777.
DOI: 10.12177/emca.2025.062
摘要:
【目的】为满足低空重载无人机驱动系统对高功率密度、强抗饱和能力的需求，本文设计了一种以软磁复合材料(SMC)为定子铁心的轴向磁通永磁电机(AFPMM)，旨在揭示定子材料特性对电机电感特性的影响规律，为提升AFPMM电磁性能提供理论支撑。【方法】首先，基于有限元法建立了AFPMM的三维电磁场模型；然后，对比分析了SMC定子、取向(GO)硅钢定子及无取向(NO)硅钢定子的磁路特性；最后，量化了dq轴电感随电流角度、电流幅值的非线性变化规律，并通过磁通密度分布分析系统地研究了不同定子材料下电机电感的饱和机制。【结果】结果表明，SMC定子电机具有各向同性特性，抗饱和能力最优；GO硅钢定子电机具有各向异性特性，初始电感以及输出转矩最高，但高电流时电感降幅显著；NO硅钢定子电机电感特性介于SMC定子电机和GO硅钢定子电机之间。【结论】虽然GO硅钢定子电机的转矩密度更高，但是需优化磁路设计，以抑制交叉饱和效应。SMC定子电机能有效平衡dq轴电感，缓解局部饱和，适用于高频、复杂磁路的工作场景。本研究体现了SMC定子在满足无人机实际需求方面的优势，为高性能电机的材料选择和电磁设计提供了理论指导。
【目的】为满足低空重载无人机驱动系统对高功率密度、强抗饱和能力的需求，本文设计了一种以软磁复合材料(SMC)为定子铁心的轴向磁通永磁电机(AFPMM)，旨在揭示定子材料特性对电机电感特性的影响规律，为提升AFPMM电磁性能提供理论支撑。【方法】首先，基于有限元法建立了AFPMM的三维电磁场模型；然后，对比分析了SMC定子、取向(GO)硅钢定子及无取向(NO)硅钢定子的磁路特性；最后，量化了dq轴电感随电流角度、电流幅值的非线性变化规律，并通过磁通密度分布分析系统地研究了不同定子材料下电机电感的饱和机制。【结果】结果表明，SMC定子电机具有各向同性特性，抗饱和能力最优；GO硅钢定子电机具有各向异性特性，初始电感以及输出转矩最高，但高电流时电感降幅显著；NO硅钢定子电机电感特性介于SMC定子电机和GO硅钢定子电机之间。【结论】虽然GO硅钢定子电机的转矩密度更高，但是需优化磁路设计，以抑制交叉饱和效应。SMC定子电机能有效平衡dq轴电感，缓解局部饱和，适用于高频、复杂磁路的工作场景。本研究体现了SMC定子在满足无人机实际需求方面的优势，为高性能电机的材料选择和电磁设计提供了理论指导。
2025, 52(7):778-787.
DOI: 10.12177/emca.2025.056
摘要:
【目的】在永磁同步电机(PMSM)中、高速域的无位置传感器控制驱动系统中，传统线性扩张状态观测器(LESO)由于受带宽影响对反电势观测会产生观测时滞，从而导致估算转子位置和转速信息误差较大。针对此问题，本文提出了一种基于相位超前校正线性扩张状态观测器(PLC-LESO)的PMSM无位置传感器控制策略。【方法】首先，介绍传统LESO无位置传感器的设计方法，并采用频域分析法分析传统LESO对反电势观测会产生观测时滞的问题；然后，引入相位超前校正单元，设计PLC-LESO对反电势进行观测；最后，为了验证所提控制策略的可行性和有效性，基于Matlab/Simulink搭建仿真模型，利用归一化锁相环对转子位置和转速信息进行估算，对比分析传统LESO和PLC-LESO的观测结果。【结果】仿真结果表明，在相同的观测器带宽设置下，传统LESO的转子位置估计误差为0.6 rad，而PLC-LESO能够准确跟踪反电势，转子位置估计误差仅为0.005 rad；当传统LESO的带宽增加至30 000时，其反电势跟踪性能得到提升，但转速估算波动加剧，导致系统稳定性差；而PLC-LESO在不增加带宽情况下，不仅能够准确跟踪反电势，还能将转速波动控制在±10 rpm以内。【结论】相比传统LESO，PLC-LESO在反电势跟踪估计方面表现出更优的控制性能，提高了系统估算转子位置和转速信息的精度。
【目的】在永磁同步电机(PMSM)中、高速域的无位置传感器控制驱动系统中，传统线性扩张状态观测器(LESO)由于受带宽影响对反电势观测会产生观测时滞，从而导致估算转子位置和转速信息误差较大。针对此问题，本文提出了一种基于相位超前校正线性扩张状态观测器(PLC-LESO)的PMSM无位置传感器控制策略。【方法】首先，介绍传统LESO无位置传感器的设计方法，并采用频域分析法分析传统LESO对反电势观测会产生观测时滞的问题；然后，引入相位超前校正单元，设计PLC-LESO对反电势进行观测；最后，为了验证所提控制策略的可行性和有效性，基于Matlab/Simulink搭建仿真模型，利用归一化锁相环对转子位置和转速信息进行估算，对比分析传统LESO和PLC-LESO的观测结果。【结果】仿真结果表明，在相同的观测器带宽设置下，传统LESO的转子位置估计误差为0.6 rad，而PLC-LESO能够准确跟踪反电势，转子位置估计误差仅为0.005 rad；当传统LESO的带宽增加至30 000时，其反电势跟踪性能得到提升，但转速估算波动加剧，导致系统稳定性差；而PLC-LESO在不增加带宽情况下，不仅能够准确跟踪反电势，还能将转速波动控制在±10 rpm以内。【结论】相比传统LESO，PLC-LESO在反电势跟踪估计方面表现出更优的控制性能，提高了系统估算转子位置和转速信息的精度。
2025, 52(7):788-799.
DOI: 10.12177/emca.2025.059
摘要:
【目的】直流电机系统中的电力电子器件在长期高频开关工作下易发生软故障。针对软故障诊断中存在的时频域特征融合不足、识别准确率低等问题，本文将长短期记忆(LSTM)网络和多尺度时频域交叉注意力机制(CAM)相结合，提出了一种基于LSTM-CAM-Transformer模型的故障诊断方法。【方法】首先，对采集到的故障信号进行预处理，采用霜冰优化算法(RIME)对变分模态分解(VMD)参数进行寻优，精准得到最优分解模态数K和惩罚因子α的组合，有效去除信号中的噪声与干扰成分。然后，提取各个本征模态函数的5维时域参数和5维频域参数，将其作为故障诊断的特征向量。最后，利用多尺度时频域CAM增强特征向量在时域和频域之间的信息交互，使模型进一步挖掘信号的时频域特征。【结果】将本文所提模型和其他四种模型进行对比以验证其优越性。试验结果表明，相较于其他四种模型，本文所提LSTM-CAM-Transformer模型收敛速度最快，稳定性和泛化性更强，且在诊断准确率、F1分数、损失值和召回率上的表现均优于其他四种模型。【结论】本文所提LSTM-CAM-Transformer模型通过融合基于RIME改进的VMD信号预处理策略与CAM时频特征增强机制，有效解决了传统方法中时频域特征融合不足的难题，为直流电机系统中电力电子设备的软故障诊断提供了一种高效可靠的新方法。
【目的】直流电机系统中的电力电子器件在长期高频开关工作下易发生软故障。针对软故障诊断中存在的时频域特征融合不足、识别准确率低等问题，本文将长短期记忆(LSTM)网络和多尺度时频域交叉注意力机制(CAM)相结合，提出了一种基于LSTM-CAM-Transformer模型的故障诊断方法。【方法】首先，对采集到的故障信号进行预处理，采用霜冰优化算法(RIME)对变分模态分解(VMD)参数进行寻优，精准得到最优分解模态数K和惩罚因子α的组合，有效去除信号中的噪声与干扰成分。然后，提取各个本征模态函数的5维时域参数和5维频域参数，将其作为故障诊断的特征向量。最后，利用多尺度时频域CAM增强特征向量在时域和频域之间的信息交互，使模型进一步挖掘信号的时频域特征。【结果】将本文所提模型和其他四种模型进行对比以验证其优越性。试验结果表明，相较于其他四种模型，本文所提LSTM-CAM-Transformer模型收敛速度最快，稳定性和泛化性更强，且在诊断准确率、F1分数、损失值和召回率上的表现均优于其他四种模型。【结论】本文所提LSTM-CAM-Transformer模型通过融合基于RIME改进的VMD信号预处理策略与CAM时频特征增强机制，有效解决了传统方法中时频域特征融合不足的难题，为直流电机系统中电力电子设备的软故障诊断提供了一种高效可靠的新方法。
2025, 52(7):800-811.
DOI: 10.12177/emca.2025.055
摘要:
【目的】准确的多区域负荷预测(MRLF)是确保电网稳定和优化现代电力系统经济调度的关键基础。传统负荷预测方法在捕获多区域负荷之间的动态空间依赖性时面临着挑战。为了解决传统方法无法提取负荷间动态空间特征的问题，本文提出了一种基于解耦和对抗图注意力网络(DAGAT)的MRLF模型。【方法】该模型有效地通过图注意力网络提取了多区域负荷之间的动态空间特征。首先，采用离散小波变换(DWT)将区域负荷序列分解成趋势分量和波动分量。其次，根据趋势分量和波动分量的不同特征设计了一个双通道特征提取模块，用于提取多区域负荷序列的时空特征。此外，引入了一种基于零和博弈的生成对抗网络架构，用于时空预测模型的对抗训练，并将得到的对抗损失与传统的预测损失函数加权结合作为模型的损失函数。最后，基于纽约独立系统运营商的真实多区域负荷数据进行仿真验证。【结果】与主流模型比较分析表明，相较于传统机器学习模型、仅能捕获时间依赖关系的预测模型以及采用静态权重矩阵表达空间相关性的预测模型，本文所提DAGAT模型更具优越性。该模型的优越性源于图注意力网络通过学习动态变化的权重捕获了多区域负荷之间的空间相关性，DWT清晰表示了多区域负荷序列的特征，联合损失进一步优化了模型参数。【结论】DAGAT有效提高了MRLF精度，解决了多区域负荷间动态空间特征无法捕获的问题，在工程实践中具有有效性和优越性。
【目的】准确的多区域负荷预测(MRLF)是确保电网稳定和优化现代电力系统经济调度的关键基础。传统负荷预测方法在捕获多区域负荷之间的动态空间依赖性时面临着挑战。为了解决传统方法无法提取负荷间动态空间特征的问题，本文提出了一种基于解耦和对抗图注意力网络(DAGAT)的MRLF模型。【方法】该模型有效地通过图注意力网络提取了多区域负荷之间的动态空间特征。首先，采用离散小波变换(DWT)将区域负荷序列分解成趋势分量和波动分量。其次，根据趋势分量和波动分量的不同特征设计了一个双通道特征提取模块，用于提取多区域负荷序列的时空特征。此外，引入了一种基于零和博弈的生成对抗网络架构，用于时空预测模型的对抗训练，并将得到的对抗损失与传统的预测损失函数加权结合作为模型的损失函数。最后，基于纽约独立系统运营商的真实多区域负荷数据进行仿真验证。【结果】与主流模型比较分析表明，相较于传统机器学习模型、仅能捕获时间依赖关系的预测模型以及采用静态权重矩阵表达空间相关性的预测模型，本文所提DAGAT模型更具优越性。该模型的优越性源于图注意力网络通过学习动态变化的权重捕获了多区域负荷之间的空间相关性，DWT清晰表示了多区域负荷序列的特征，联合损失进一步优化了模型参数。【结论】DAGAT有效提高了MRLF精度，解决了多区域负荷间动态空间特征无法捕获的问题，在工程实践中具有有效性和优越性。
2025, 52(7):812-822.
DOI: 10.12177/emca.2025.054
摘要:
【目的】在虚拟电厂经济调度领域，当前以集中式算法为主流，忽视了其分布式结构形式，导致系统过度依赖中心节点，处理分布式能源资源效率低下。同时，常规分布式优化算法运行复杂、速度缓慢，难以及时响应电力系统的动态变化，严重制约虚拟电厂的高效运行。并且由于分布式机组的增加导致产生大量的信息交流，严重浪费通信资源。针对此问题，本文提出了一种符合虚拟电厂分布式结构的优化调度策略。【方法】首先，提出了一种基于分布式神经动力学算法的经济调度策略，旨在解决虚拟电厂中的快速一致性问题。其次，设计了一种动态分布式事件触发机制，节约了通信资源。最后，基于Matlab仿真软件进行建模，通过分析一致性快速收敛情况，对比周期性事件触发机制证明经济调度的有效性和动态分布式事件触发机制优越性。【结果】仿真结果表明本文所提出的优化算法能有效、快速地实现增量成本一致性，而且该触发机制与传统机制对比有明显优势，有效节约了资源。【结论】本文针对动态分布式事件触发机制下的虚拟电厂经济调度，提出了一种基于分布式神经动力学的虚拟电厂经济调度优化算法，有效解决了集中式优化算法引发的信息拥堵难题。通过设计适配分布式结构的动态分布式事件触发机制，节约了通信资源。
【目的】在虚拟电厂经济调度领域，当前以集中式算法为主流，忽视了其分布式结构形式，导致系统过度依赖中心节点，处理分布式能源资源效率低下。同时，常规分布式优化算法运行复杂、速度缓慢，难以及时响应电力系统的动态变化，严重制约虚拟电厂的高效运行。并且由于分布式机组的增加导致产生大量的信息交流，严重浪费通信资源。针对此问题，本文提出了一种符合虚拟电厂分布式结构的优化调度策略。【方法】首先，提出了一种基于分布式神经动力学算法的经济调度策略，旨在解决虚拟电厂中的快速一致性问题。其次，设计了一种动态分布式事件触发机制，节约了通信资源。最后，基于Matlab仿真软件进行建模，通过分析一致性快速收敛情况，对比周期性事件触发机制证明经济调度的有效性和动态分布式事件触发机制优越性。【结果】仿真结果表明本文所提出的优化算法能有效、快速地实现增量成本一致性，而且该触发机制与传统机制对比有明显优势，有效节约了资源。【结论】本文针对动态分布式事件触发机制下的虚拟电厂经济调度，提出了一种基于分布式神经动力学的虚拟电厂经济调度优化算法，有效解决了集中式优化算法引发的信息拥堵难题。通过设计适配分布式结构的动态分布式事件触发机制，节约了通信资源。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
- 主管单位：上海市经济和信息化委员会
- 主办单位：上海电器科学研究所（集团）有限公司
- 刊号：ISSN 1673-6540
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